直流输电技术在智能电网的应用

常规HVDC 技术在智能电网的应用

超高压直流输电技术在远距离大容量输电、异步联网、海底电缆送电等方面具有优势，因而得到了广泛应用。而特高压直流输电更可以有效节省输电走廊，降低系统损耗，提高送电经济性，它为我国解决能源分布不均、优化资源配置提供了有效途径。截至2009 年，我国已建成7 个超高压直流输电工程和2 个直流背靠背工程，直流输电线路总长度达7 085 km，输送容量近20 GW，线路总长度和输送容量均居世界第一。预计到2020 年，我国将建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送、受端电网，预计直流工程达50 项，其中规划建设30 多个特高压工程，包括5 个±1 000 kV 的直流工程。

2007 年底，向家坝至上海±800 kV/6 400 MW 特高压直流示范工程开工建设，这是世界上第一条基于6 英寸晶闸管阀的特高压直流工程。目前正在调试的灵宝II 扩建工程是世界上首次开展基于6 英寸晶闸管提升至4.5 kA 换流阀的工程实践，为超/特高压直流输送进一步提升容量作好了技术储备。

2009 年初，±660 kV 宁东—山东直流工程启动，其单阀的耐压水平创直流输电工程之最，单阀串连晶闸管级的数量创工程之最，而1 000 kV/5 kA 的特高压直流工程的可行性也在研究之中。±800 kV 及以上特高压直流换流阀接线方式均采用双12 脉动换流阀构成，如图1 所示。500 及660 kV 工程采用单12 脉动换流阀构成。未来我国直流系统将形成125，500，660，800，1 000 kV 的电压等级序列，形成额定电流3，3.5，4，4.5，5 kA 的电流等级序列。

图1 特高压直流换流站基本接线方式

超大容量直流输电的成功条件之一是受端有强大的交流系统，提供足够的短路电流(换相电流)，而受端负荷过大将直接影响直流系统的稳定，受端系统接受能力的研究是今后的重要课题。

柔性直流技术在智能电网的应用

20 世纪90 年代发展起来的柔性直流输电技术以电压源换流器(voltage source converter，VSC)和可关断电力电子器件绝缘栅双极晶体管(insulategate bipolar transistor，IGBT)为核心，是新一代更为灵活、环保的直流输电技术，其固有的技术优势将在降低城市配电网短路电流、解决可再生能源并网难题、海岛供电及向能源紧缺和特殊地区的供电等领域发挥积极作用。

柔性直流输电系统的换流器采用自换相方式，可四象限运行且有功、无功功率独立控制；有利于构成既能方便控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流输电系统；用于联网时不增加系统的短路容量；各换流站可相互独立地控制，换流站之间无需通信。这些独特的技术优势使其在分布式发电接入、孤立负荷和偏远地区供电、城市电网联接等领域都可发挥积极作用。

为了贯彻可持续发展的战略，我国正在大力推广风力发电，目前全国已累计建成100 多个风电场，装机容量已超过10 GW，10 GW 级风电基地建设也已全面启动。大规模风力发电并网目前存在许多难以解决的问题，对电网的安全稳定造成了一定影响。柔性直流输电是解决大规模风电并网问题的一个重要手段。

近年来，我国电力需求和装机增长十分迅速，因而各区域电网间互联的需求日益增强。电网间互联的优点在于电能的互济和动态有功功率的支援，但同时又会造成电网动态稳定下降及短路电流超标等问题，动态稳定问题是我国近年来各大电网普遍出现的新问题，是电力系统安全稳定的瓶颈，而短路电流超标随着城市负荷的增长已成为特大型城市电网的特殊问题。柔性直流输电系统在解决大区域电网与周边弱电网互联、非同步电网互联等问题方面有着其特殊的优势，可以在很大程度上解决目前区域互联面临的种种问题，符合智能化电网的发展要求。

国际上关于柔性直流输电的研究，无论在工程实用化方面还是在基础理论方面都已比较深入。ABB 公司已投运的9 个柔性直流输电工程均运行正常并取得了良好的效益。国内关于柔性直流输电技术的研究起步较晚，国家电网公司于2006 年5月制定了《柔性直流输电系统关键技术研究框架》，全面启动了该技术的系统研究。2008 年8 月，国家电网公司开始开展柔性直流关键技术研究及示范工程实施，工程容量为20 MVA，电压等级为±30 kV，计划于2010 年在上海南汇风电场挂网运行，完成我国首个柔性直流输电系统的工程示范。图2 为该示范工程的电气主接线图，表2 为VSC-HVDC 换流器主要技术参数。目前我国规划中的柔性直流输电项目还包括：舟山传统高压直流输电改造工程，预计容量为100 MW，额定直流电压为±100 kV，采用海底电缆作为传输线路；台湾金门岛供电，预计容量200 MW，额定电压±150 kV，建成后将每年减少台湾电网10 亿台币左右的亏损；大连电网预计将在2011 年开始兴建柔性直流输电用于城市联网示范工程，额定功率为500 MW，直流电压±250 kV，建成投运后将成为世界范围内电压和功率等级最高的柔性直流输电工程。

图2 为该示范工程的电气主接线图

表2 为VSC-HVDC 换流器主要技术参数

直流输电技术在智能电网的发展方向

基于我国直流输电的发展水平和规划，充分考虑我国智能电网建设的要求，我国未来直流输电技术的研究重点包括：1）±1 000 kV 直流工程关键技术研究；2）智能化直流输电系统研究；3）三级直流输电技术研究；4）多端直流输电系统研究；5）高压大容量柔性直流输电技术研究；6）大规模分布式电源系统采用柔性直流接入系统技术研究；7）电容换相换流器关键技术研究。